JPH06148349A - 路面凍結検知装置自己診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 路面凍結予測の精度を向上する路面凍結検知
装置自己診断方法を提唱する。 【方法】 道路の近傍の支柱２に設置した気温センサ
４，路面温度センサ５及び路面水分センサ６によって計
測した気温，路面温度，水分の出力によって、気温，路
面温度の変化パターンと水分の出現の特徴をモデル化し
て自己診断装置７に記憶し、記憶したパターンと入力信
号との比較によってセンサの異常を自己診断し、天候の
判断を行う路面凍結検知装置１からのデータを基に、外
部からの天候予測と判断した天候予測が一致したときの
み、正確なデータとして路面凍結予測に用いるようにし
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地点毎に予め記憶した
観測データの出現パターンの特徴と観測データとの比較
により、故障したセンサを自動的に判別除去して路面凍
結予測の精度を向上する路面凍結検知装置自己診断方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】路面凍結検知は、路面温度センサ，気温
センサ，路面水分センサで計測したセンサからの出力信
号によって、路面凍結の検出及び予知を行っている。一
般道路の管理は、管理すべき路線、例えば１０〜２０ｋ
ｍの区間に亙り、凍結し易い場所の数カ所に路面凍結検
知装置を設置し、路面状態の情報や路面温度，気温，水
分などの情報を基に、１６時頃までに当日から翌日にか
けて凍結が発生するかどうかを予測し、凍結が発生する
虞がある場合は、発生予測地域に凍結防止の薬剤を散布
し、凍結の発生を未然に防いで道路交通の安全を確保す
る必要がある。

【０００３】しかし、路面凍結検知装置の各センサが正
常に動作しないと誤った出力を出してしまうことにな
り、そのような場合、路面が凍結しているのに凍結検知
の出力が出ない場合や、凍結予測信号出力が誤った予測
結果を出力する等、道路管理上重大な障害が発生すると
いう問題を有していた。

【０００４】即ち、図１は、従来から使用されている路
面凍結検知装置の構成を示すものである。路面凍結検知
装置１は、路肩に立設した支柱２に路面の検知位置（車
線の中央付近）ａ上方、数メートル位置に延びるように
突設した支腕３にそれぞれ固設した気温センサ４、路面
温度センサ５及び路面水分センサ６とから構成してな
る。

【０００５】気温センサ４は、地上から数メートルの空
中に設置し、強制通風に依って大気温度（以下、「気
温」と称する）の測定を行う通風式気温計である。路面
温度センサ５は、地上から数メートルの空中に路面の検
知位置ａを臨むように設置し、該検知位置ａの温度を非
接触で測定する赤外線式非接触温度計である。更に路面
水分センサ６は、地上から数メートルの空中に路面の検
知位置ａと対向するように設置し、該検知位置ａの路面
に向けて投射した赤外光線の反射光特性が水分の存在に
よって異なることを検出して路面水分の検出を行う路面
水分計である。尚、路面積雪は、路面が積雪で白くな
り、反射光量が増加することを検出する。

【０００６】上記路面凍結検知装置１は、気温が設定値
（例えば２゜Ｃ）より低く、路面温度も１゜Ｃより低
く、更に路面水分または積雪が検出されている場合、
「凍結検知」が出力される。しかし路面温度センサ５が
故障した場合は、路面温度の検出ができない。このこと
は、気温センサ４についても、または路面水分センサ６
についても同様である。

【０００７】而るに、この種の路面凍結検知装置は一般
に山間部や都市部の橋梁などに点在して多数設置されて
おり、センサに車両が接触する等の事故が発生し、故障
状態になることがある。この場合、故障の原因が単純
で、大幅に異なる出力が出ているときは、容易に故障を
発見することができるが、回路の接触不良等のように、
正常の状態に近い出力が出ている場合には、故障を見逃
したり、また故障を発見するのに長時間の監視が必要だ
ったり、異常の発見までに長時間を要し、最悪の場合は
正常と判断してしまうこともあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来ではそれ
らの解決方法として、冬季における保守の頻度を上げる
などで対応していたが、接触不良等の場合、保守したと
きは正常な値が出力されていることが多く、短時間の調
査での即断を行う故障の発見は困難であった。更に、路
線全体に多数設置されている路面凍結検知装置の全てを
常に監視することは、冬季の道路管理の難しさもあり事
実上不可能に近いものである。

【０００９】本発明は、上記問題に鑑みて創案されたも
のであり、上記のような誤った予測が起こらないよう
に、正常状態に近い出力であっても確実に故障状態を検
出し、路面凍結検知装置を自己診断すると共に、故障状
況を路面凍結予測装置に出力して、該故障したセンサを
除いて予測するための路面凍結検知装置自己診断方法で
あり、異常があった場合は不良のセンサを検出し、通信
回線を通して集中監視装置に故障状況を送信して不良セ
ンサのデータを除いて予測を行うことによって予測精度
を向上するようになる路面凍結検知装置自己診断方法を
提唱することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る路面凍結検知装置自己診断方法は、セ
ンサから得られる出力データによってセンサの動作状況
を判別し、装置が正常に動作しているセンサのみの出力
信号を用いて凍結予測を行うものである。図２乃至図４
は、天候に対する路面温度と気温及び水分の変化の関係
を経時的に示すグラフであり、晴れ、雨、降雪等の天候
による基本的なパターンを利用してセンサの異常を判断
し、異常のあるセンサからのデータを路面凍結検知装置
のデータから排除することを要旨とするものである。

【００１１】冬季の天候と路面環境は厳寒地区を除いて
次のような特徴があることが知られている。 （１）晴れの場合は、日中太陽光によって路面は暖めら
れ、その日の午後の１４時頃が最高に高くなり、その後
徐々に低下する。この場合は気温よりも路面温度の方が
高くなり、１８時頃から路面温度が気温よりも低くな
る。路面温度は、日中は太陽によって温められ、夜間は
放射冷却によって大気温度よりも低くなって明け方日の
出直前が最も低くなるのである。即ち、晴れの日は、１
８時頃を中心に路面温度と気温が逆転し、その後は路面
温度が気温よりも低くなる。やがて翌日になり太陽が昇
り始めると、路面は太陽に熱せられ徐々に温度が上が
り、気温よりも高くなる。このような現象は晴れの日で
あれば、殆ど同様なパターンを示し、このとき路面水分
は存在しない（図２参照）。 （２）雨または雪の場合は、気温と路面温度とが略同じ
温度で変化する。即ち降雨が気温と殆ど同じ温度になっ
て路面を湿潤し、路面温度も降雨の温度と同じになるこ
とが解っている。但し、冬季での雨の場合は２乃至４゜
Ｃ程度であるが、降雪の場合は、０乃至１゜Ｃであり、
降雨または降雪が続く限り同じ温度で一定に推移する傾
向を示す。

【００１２】上述のように、晴れの日は路面に太陽が当
たる場所では、日中に路面温度が気温より急激に上昇し
た後、日没後は気温より路面温度が低くなる。更に雨の
日や雪の日は気温と路面温度の差が殆ど無くなり、同じ
温度になるという独特のパターンをもっている。

【００１３】このような特性を利用して、センサの故障
を診断する。気温が緩慢に上昇しているときに、路面温
度が急激に上昇していれば、そのときの天候は「晴れ」
であることが、経験的に知られている。更に、このよう
なとき水分計に出力が現れていれば、該水分計に異常が
ある。次に、路面温度と気温が略同じ温度であって、１
゜Ｃ以下のとき「積雪」や「湿潤」の出力が得られなけ
れば、同様に水分計に異常があるものと判断することが
できる。

【００１４】次に、路面温度が急激に上昇し、１４時頃
を境にして急激に低下し、１８時頃を過ぎても気温と路
面温度が反転しないようであれば、気温計に何らかの異
常があるものと思われる。特に、路面温度が−３゜Ｃ以
下で気温が２゜Ｃ異常であれ場、気温計の異常である。

【００１５】また、路面温度が０゜Ｃと１゜Ｃの間で一
定に推移し、同時に「積雪」または「湿潤」が検出され
ているとき、気温と路面温度の差が大きければ、気温計
に異常があることが解る。同様に、気温計が１゜Ｃ以下
で一定に推移し、同時に水分計に出力があり、このとき
の路面温度が変動しているようであれば、路面温度計に
異常があることが解る。路面水分は路面温度と気温が一
定に推移しており、０〜２゜Ｃの間であれば、「積雪」
か「湿潤」の出力として現れ、天候が晴れに変わり路面
温度が上昇しても、暫くは湿潤が継続されるという特徴
がある。

【００１６】このような特徴は、検出場所に依って多少
異なる特徴を示すこともあるが、晴れの日は日中路面が
太陽の照射を受けるならば殆ど同様な変化を示し、降雨
または降雪は、太陽の照射を受けない場所であっても同
様な変化を示すことが知られている。

【００１７】本発明では、この変化パターンの特徴を地
点毎に予め測定し、代表パターンを人為的に作成し、こ
の代表パターンとセンサ出力を比較して故障したセンサ
を自動的に判別する方法で故障したセンサを除き、診断
精度の向上を図って予測することを要旨とするものであ
る。

【００１８】

【作用】上記構成により一般道路においては、その日の
天候によって、気温，路面温度，水分の状況はそれぞれ
発生するときの特徴があり、この特徴を利用してセンサ
の異常を診断すると共に、その日の天候も同時に判別す
ることが出来る。

【００１９】次に、このような故障信号と天候の判別結
果は通信回線を通して中央装置に伝送する。中央装置で
は当該日の天候を人手で入力したり、気象専門者が不在
の場合は気象協会等の外部機関から通信回線を用いて収
集し、路面凍結検知装置の天候判断と外部入力による過
去の天候が一致した場合に限り、センサ故障の信号を利
用する。即ち、故障診断は記録データを人手によって点
検して異常があるか否かを診断する方法と同様な作業を
中央制御装置によって自動的に実行させ、而も天候デー
タは正確なデータを入力しているので確実な診断が可能
である。

【００２０】

【実施例】図５は本発明に係る路面凍結検知装置１の構
成例を示すものであり、前述した図１と併せて説明す
る。気温センサ４は、地上から数メートルの空中に設置
し、強制通風に依って大気温度の測定を行う通風式気温
計である。路面温度センサ５は、地上から数メートルの
空中に路面の検知位置ａを臨むように設置し、該検知位
置ａの温度を非接触で測定する赤外線式非接触温度計で
ある。更に路面水分センサ６は、地上から数メートルの
空中に路面の検知位置ａと対向するように設置し、該検
知位置ａの路面に向けて投射した赤外光線の反射光特性
が水分の存在によって異なることを検出して路面水分の
検出を行う路面水分計であり、路面積雪は、路面が積雪
で白くなり、反射光量が増加することを検出する。

【００２１】路面温度センサ５，気温センサ４及び路面
水分センサ６の出力は、路面凍結検知装置１を介して各
計測データを自己診断装置７に印加するもので、これら
の各データは、例えばパーソナルコンピュータ等の自己
診断装置７によって診断を行う。即ち、路面温度，気温
及び水分の信号の変化パターンを予め自己診断装置７に
入力し、天候の変化と各センサの出力変化の関係をその
代表的なパターンについて記憶させておく。

【００２２】次に、各センサの検出した出力を路面凍結
検知装置１から自己診断装置（パーソナルコンピュー
タ）７側で受け取り、この信号の変化を前もって予め入
力しておいた代表パターンと比較する。

【００２３】図６は具体的な診断のフローチャートを示
すものであり、具体的に実施する場合には、基本パター
ンと入力信号の差をとり、この差が少ない場合を正常と
みなし、大きな差が発生した信号は異常信号として記録
しておく。

【００２４】尚、気温，路面温度の入力信号と比較する
ための基本パターンは、比較対象時間帯の平均値が一致
するまで平行移動を行い、季節による平均温度のずれを
補正している。路面水分の検出は、「有り」または「無
し」のため、時間帯を限定（１２時〜１６時）してい
る。

【００２５】次に、代表パターンとの差が何れのセンサ
も少なければ、「正常」と判断する。若し、代表パター
ンとの差が大幅にずれていれば、２４時間を一回とし
て、ずれたセンサに対してずれた回数を記録しておく。
尚、異常判定のずれ幅については場所によって異なるた
め、設置場所によって得られたデータを予め分類した代
表パターンと比較し、同じ日に比較した結果で、二つ以
上のセンサが同じ傾向を示すと共に、代表パターンの何
れかに該当すれば、一致したパターンでの天候と判断す
る。

【００２６】このとき、三個のセンサの内一個だけ一致
しないセンサがあれば、当該センサが「故障の可能性あ
り」と判断し、「不一致１回」として記録しておく。そ
してこのような不一致が２回以上発生した場合、「故
障」と判断する。三個のセンサの内一個しか一致しない
ときは、「判断不能」として再び次の計測を行う。三個
のセンサが総て一致しておれば、全てのセンサは正常と
判断し、このときはその日の天候を出力する。

【００２７】一般に、冬季の１２〜２月の間は気圧配置
が安定しているため、代表パターンに近い出力が多く現
れるが、冬季の終りから春季に向かう時期には気圧配置
が安定しないため、代表パターンのような天候になり難
く、判定できる条件が整わない場合がある。そこで、代
表パターンから外れた信号が獲られた場合は、３個のセ
ンサの内の２個が該パターン通りであれば代表パターン
として採用し、不一致になった信号を異常とみなす。但
し、２個以上のパターンが不一致の場合は、その日の天
候が代表パターンの日の天候と異なる場合があるため、
「不定」として異常の判断には採用しない。

【００２８】更に、この代表パターンとのずれが発生し
た回数が設定期間に設定回数（例えば７日間に２回）以
上あったとき、「センサ異常」として診断信号を出力
し、伝送装置を通して故障したセンサと判断した天候を
中央に送信する。この理由は、「晴れ後曇り時々雨」等
のような短時間に急変する天候変化が発生することがあ
り、本発明装置では対応することができないからであ
る。

【００２９】次に中央装置ＣＰＵでは、手入力や気象協
会等から過去の天候の入力と端末の路面凍結検知装置か
らの天候と比較し、一致したときには当該装置からの信
号の内「故障」と判断された信号を除いて「凍結」の予
測を発する。このとき、凍結予測ができないような条件
（例えば、路面水分センサの故障など）があったとき
は、路線全体の凍結順序パターンに従って凍結予測を行
う。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る路面凍結検知装置自己診断
方法は、以上のように構成したから、従来はセンサの一
部に不良があってもそのままそれらのデータを利用して
いたため予測結果に間違いが発生することがあったり、
予測することができない場合があったが、本発明によれ
ば山間部や保守が困難な場所に多数設置した路面凍結検
知装置の異常を自動的に自己診断し、正常なセンサによ
って予測を行うことができるため、予測の精度を大幅に
改善するることが出来る。

【００３１】また、本発明は外部機関等による天候と比
較して判断結果を評価することができるため、比較すべ
きデータの天候が正確になり、判断の精度も更に向上す
るものである。

【００３２】このように、本発明の路面凍結検知装置自
己診断方法によれば、 （１） 異常のセンサからの信号を除いて凍結予測がで
きるため、予測結果の精度が従来よりも正確である。 （２） 路線区間の凍結順序パターンを考慮して凍結を
予測することができるため、突発的に発生する凍結現象
が正常なものか否かを容易に判別することができる。 等の特徴を有するものであり、本発明の実施によって得
られる効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】路上に設置した路面凍結検知装置の一実施例を
示す外観図である。

【図２】各センサからの入力による晴れ時における代表
的なパターンを示す出力グラフである。

【図３】各センサからの入力による雨時における代表的
なパターンを示す出力グラフである。

【図４】各センサからの入力による雪時における代表的
なパターンを示す出力グラフである。

【図５】本発明に係る自己診断装置の一実施例を示すブ
ロック線図である。

【図６】本発明に係る路面凍結検知装置自己診断方法を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 路面凍結検知装置 ２ 支柱 ３ 支腕 ４ 気温センサ ５ 路面温度センサ ６ 路面水分センサ ７ 自己診断装置（パーソナルコンピュータ） ＣＰＵ 中央装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 道路の近傍のポールに設置した気温計，
   路面温度計及び路面水分計を備え、予め前記各センサに
   よって計測した気温，路面温度，水分の出力によって、
   気温，路面温度の変化パターンと水分の出現の特徴をモ
   デル化して記憶装置に記憶し、前記記憶したパターンと
   入力信号との比較によってセンサの異常を自己診断する
   と共に、天候の判断を行う路面凍結検知装置からのデー
   タを基に、外部からの天候予測と判断した天候予測が一
   致したときのみ、正確なデータとして路面凍結予測に用
   いるようにした路面凍結検知装置自己診断方法。